INTRODUZIONE

Il metodo radiografico appartiene alla sezione della tecnologia delle prove di controllo non distruttiva.

I metodi di controllo non distruttivi si propongono lo studio dei materiali senza provocare variazioni nella struttura chimica e fisica del pezzo sul quale vengono eseguiti.

Tale pezzo pertanto può essere grezzo, semofinito o finito di lavorazione, isolato o montato, nuovo o usato o riparato : le prove cui sarà sottoposto non ne alterano la forma, le dimensioni, le proprietà, le caratteristiche, la struttura e quindi non danneggiano le prestazioni.

Alcuni casi di applicazione di tali metodi possono essere : la ricerca dei difetti occulti di pezzi ottenuti per fusione, stampaggio, sinterizzazione, saldatura, l’individuazione di rotture superficiali non diversamente distinguibili, la misurazione degli spessori degli strati elettrodepositati e di cementazione, l’analisi chimica qualitativa e semiqualitativa, la rapida selezione dei pezzi difettosi per composizione chimica o per trattamento termico, la ricerca della distribuzione delle tensioni nelle sezioni dei mezzi sollecitati.

Con il metodo radiologico, in particolare, si ottiene un’immagine che non è altro che la rappresentazione delle modificazioni che un fascio di raggi X, emesso da un’adeguata sorgente, subisce nell’attraversare il pezzo in esame, o parte di esso, in funzione dello spessore, della densità, delle discontinuità del materiale delle singole parti che costituiscono il pezzo. L’immagine rontgen non è altro, quindi, che la riproduzione dell’aspetto geometrico del pezzo ottenuto mediante la diversa distribuzione di intensità delle rotazioni emergenti dal pezzo.

Questa distribuzione può essere messa in evidenza in modi diversi :

• radioscopia : è l’osservazione diretta di un pezzo e degli eventuali difetti in esso contenuti mediante l’immagine "portata" dai raggi X diventa luminoso per il solo periodo dell’irraggiamento ;
• radiografia : è l’impressione ottenuta su pellicola radiografica la quale, dopo trattamento in camera oscura, rivela l’immagine "portata" dai raggi e gli eventuali difetti interni ;
• xeroradiografia : è l’impressione su lastra metallica sensibilizzata in modo speciale.

Solitamente si usano gli ultimi due metodi per la loro versatilità di utilizzo.

Invece lo svantaggio di tali prove rispetto alla radioscopia è la necessità di garantire il personale contro le radiazioni, nocive per l’uomo.

Ne consegue che la radiografia e la xeroradiografia si prestano per l’esame di parti di grande importanza strutturale.

I raggi X sono un aspetto della radiazione elettromagnetica, energia che si trasmette nello spazio sotto forma di onde.

Queste radiazioni si propagano alla velocità della luce nel vuoto ( pari a 299792458 m/s)

All’aumentare della frequenza diminuisce la lunghezza d’onda e la radiazione ha una maggiore capacità di penetrare la materia.

I raggi X, scoperti da Rontgen nel 1893, hanno la stessa natura delle radiazioni luminose visibili, ma si differiscono per la lunghezza d’onda notevolmente inferiore : i raggi X hanno lunghezze d’onda comprese fra 0,005 e 1,2 nm, mentre le radiazioni che vengono dall’occhio umano hanno lunghezze d’onda comprese tra 380 e 780 nm.

I raggi X si propagano in linea retta e attraversano la maggior parte delle sostanze opache per luce, ordinaria, subendo un’alterazione per assorbimento e per diffusione che dipende dallo spessore del materiale attraversato e quindi dalle lunghezze d’onda dei raggi e della natura della sostanza.

I materiali metallici hanno un elevato potere assorbente tanto più alto quanto maggiore è la massa atomica.

I raggi sono continui o bianchi, quando la radiazione comporta lunghezze d’onda variabili con continuità, si dicono monocromatici quando la radiazione ha una lunghezza d’onda unica e determinata.

I raggi X sono caratterizzati essenzialmente dalla qualità, dall’esposizione, dalla dose assorbita e dall’intensità di dose.

La qualità è definita dall’energia cinetica : è valutata dal potere di penetrazione ed è misurata dall’equazione :

E = energia cinetica

h = costante di blanck

c = velocità della luce

= lunghezza d’onda della radiazione

Si dicono duri i raggi X dotati di maggiore energia e quindi di elevato potere di penetrazione.

Si dicono molli : raggi X dotati di bassa energia e quindi di minore potere di penetrazione.

L’esposizione è determinata dal rapporto , dove è la carica elettrica totale di ioni dello stesso segno prodotti in aria quando tutti gli elettroni liberati dai fotoni in un volume convenientemente piccolo vengono fermati dall’aria, mentre dm è la massa di tale volume. La sua unità è C/kg

La dose assorbita è determinata dal rapporto , dove è l’energia trasmessa dalla radiazione ionizzante alla materia in un determinato volume, mentre dm è la massa di tale volume. La sua unità è il gray Gy=1J/Kg.

L’intensità di dose è la dose assorbita nell’unità di tempo. Secondo il tipo di dose considerata essa si suddivide in :

• rateo di esposizione che si misura in
• rateo di dose assorbita che si misura in

Il rateo di dose assorbita i determina la visibilità radioscopica ed è espresso dalla formula :

i =

I = intensità di corrente

n = potenza

V = tensione

K = coefficiente di proporzionalità

d = distanza fra il fuoco della radiazione e l’oggetto in esame.

L’attenuazione dei raggi X nell’attraversare un materiale ha luogo per assorbimento differenziale.

Un fascio monocromatico di raggi X che attraversi un materiale omogeneo subisce la riduzione di intensità espressa dalla relazione di Bouguer :

I = intensità residua della radiazione uscente dal materiale

x = spessore del materiale

e = base dei logaritmi neperiani

= intensità iniziale della radiazione incidente 

u = coefficiente di assorbimento lineare , cioè :

u =

Q = massa volumica del materiale

N = numero atomico

lunghezza d’onda

Il meccanismo dell’assorbimento della radiazione nell’attraversare un materiale comprende i seguenti fenomeni atomici

1 Effetto fotoelettrico. Consiste nella emissione di elettroni da parte di una superficie metallica, quando su di essa cada una radiazione sufficientemente elevata.

2 Effetto Compton . Consiste nel fenomeno per il quale le particelle costituenti una radiazione ionizzante, subiscono, in singoli atti di deviazione, cambiamenti di moto e di energia.

3 Produzione di Coppie Un fotone ( quanto di energia elettromagnetica ) viene assorbita da u atomo dando luogo alla formazione di due corpuscoli materiali :

un elettrone e un positone, con annullamento del fotone.

Si può concludere che variazioni nella densità, nella natura o nello spessore del materiale attraversato da una radiazione incidente di prefissata intensità determinano corrispondenti variazioni nell’intensità residua della radiazione uscente la quale viene a costituire un’immagine del materiale attraversato.

La suddetta radiazione impressiona una pellicola con variazioni di densità di annerimento D

I = intensità di luce incidente sulla pellicola

= intensità di luce trasmessa per trasparenza attraverso la pellicola

Si definisce contrasto radiografico fra due zone adiacenti di una radiografia la differenza fra la densità di annerimento delle due zone.

Pertanto in una pellicola radiografica le varie intensità trasmesse sono individuate in funzione della forma, dello spessore, integrità del materiale, mentre la presenza di un difetto è resa visibile a causa del netto contrasto con il suo fondo.

I raggi X sono radiazioni penetranti di natura elettromagnetica ed aventi una lunghezza d’onda cortissima, originati dalla collisione di elettroni veloci contro un bersaglio ( anticatodo )

L’energia della collisione deve essere sufficiente a produrre l’estrazione di elettroni dalle orbite più interne ; i posti che si rendono vacanti vengono subito occupati da elettroni periferici il cui salto verso il livello interno è accompagnato dalla emissione di raggi X

Comunemente gli elettroni vengono emessi da un catodo ad incandescenza e accelerati in direzione dell’anodo ( anticatodo ) per mezzo di un campo elettrostatico prodotto da una tensione elevata applicata fra il catodo e l’anodo, il quale, sotto l’intensissimo bombardamento elettronico, irradia raggi X.

L’energia cinetica E posseduta dall’elettrone di massa m e di velocità v è trasformata in energia raggiante secondo la reazione quantica di Planck

E = e V = h v

e = carica dell’elettrone

V = tensione acceleratrice

h = costante di Planck

v = frequenza della radiazione elettromagnetica

I raggi X sono generati normalmente da tubi di Coolidge alimentati a corrente continua.

Le parti che costituiscono il tubo sono :

• l’ampolla di vetro
• il filamento ( o catodo ) per l’emissione degli elettroni per effetto termoionico
• la placca ( o anodo ) per l’arresto degli elettroni
• il circuito a bassa tensione per l’accensione del filamento
• il circuito ad alta tensione applicato fra il filamento e l’anodo per accelerare gli elettroni uscenti dal filamento e conferire loro una determinata energia cinetica.
• il circuito di raffreddamento dell’anticatodo

Attualmente si impiegano i seguenti apparecchi

1. apparecchi con tubi e trasformatori convenzionali da 150 Kg per l’acciaio e la ghisa
2. trasformatori a risonanza oppure acceleratori elettrostatici
3. acceleratori lineari circolari

La sensibilità radiografica dell’immagine del particolare in esame è influenzata dal grado di individuabilità degli eventuali piccoli difetti.

La sensibilità radiografica è il rapporto percentuale tra lo spessore del più piccole elemento visibile e lo spessore del materiale in esame.

Questa definizione consente di fissare o di valutare quantitativamente il livello di qualità dell’immagine voluta ed ottenuta.

La sensibilità di un immagine è analizzata posizionando sul particolare, prima dell’esame, un indicatore della qualità delle immagini ( IQI ) o penetrometro, fabbricato con o stesso tipo di materiale del pezzo da analizzare.

La sensibilità radiografica è pertanto definita dalla dimensione del più piccolo filo o foro visibile sulla lastra radiografica, espressa in percentuale rispetto allo spessore radiografico.